Твердофазне каталітичне очищення газів від оксидів азоту

 

Для знешкодження відхідних газів, від оксидів азоту засто­совують високотемпературне каталітичне відновлення, селективне каталітичне відновлення і розкладання гетерогенними віднов­никами.

Високотемпературне каталітичне відновлення оксидів азоту.Процес відбувається при контакті нітрозних газів з газами-відновниками на поверхні каталізаторів.

Як каталізатори використовують метали платинової групи (паладій, рутеній, платина, родій) або дешевші, але менш ефективні і стабільні в експлуатації склади, що включають нікель, хром, мідь, цинк, ванадій, церій і інші елементи. З метою збільшення поверхні контакту їх наносять на пористі або непористі матеріали (кераміка, оксид алюмінію, силікагель, металеві стрічки і тому подібне) різної форми. Відновниками є метан, природний, коксовий або нафтовий газ, оксид вуглецю, водень або азотоводнева суміш.

Ефективність знешкодження NOx залежить, перш за все, від активності каталізатора. Зокрема, каталізатори на основі платинових металів при об'ємних швидкостях газу
(2-12)∙104 год-1 дозволяють досягати залишкового вмісту
NOx -5∙10-4-5∙10-2% (oб.).

Відхідні нітрозні гази азотнокислотних виробництв, зазвичай необхідно нагрівати від 30-35°С до температури запалення каталізатора. Остання залежить від природи використовуваного відновника: 450-480°С – для метану, 350°С – для пропану і бутану, 150-200°С – для водню і оксиду вуглецю.

Суть протікаючих відновних процесів виражається наступними реакціями:

 

4NO + CH4 → 2N2 + CO2 + 2 H2O, (5.6)

2 NO2 + CH4 → N2 + CO2 + 2 H2O, (5.7)

2 NO + 2 CO → N2 + 2 CO2, (5.8)

2 NO2 + 4 CO → N2 + 4 CO2, (5.9)

2 NO + 2H2 → N2 + 2 H2O, (5.10)

2NO2 + 4 H2→ N2 + 4 H2O. (5.11)

 

Нагрівання і відновлення нітрозних газів проводять шляхом їх змішування з газом-відновником і спалювання суміші, що утворюється, над шаром каталізатора. До недавна на практиці зазвичай використовували природний газ зважаючи на його доступність. Не дивлячись на те, що всі процеси відновлення NOx екзотермічні, нагрів реакційної суміші відбувається в основному за рахунок реакції відновника з киснем, оскільки вміст останнього в нітрозних газах у багато разів перевищує концентрацію в них NOx. В процесі відновлення температура газу швидко зростає до 700°С і більше, тому виникає необхідність використання термостійких каталізаторів або відновників з низькою температурою запалення або проведення ступінчатого контакту з проміжним охолоджуванням газового потоку.

Діючі технологічні схеми знешкодження відхідних газів розрізняються в основному способами підведення тепла до оброблюваних газових потоків, вживаними каталізаторами, і прийомами утилізації енергетичного потенціалу знешкоджуваних газів.

Схема високотемпературного каталітичного відновлення NOx у виробництві азотної кислоти представлена на рис. 5.5. Гази, що відходять, містять, у % (об.): NOx – 0,05-0,1; N2 – 96,0-96,2; О2 – 2,2-3,0 і деяку кількість парів, що захоплюються з абсорбційної колони азотної кислоти.

 

Рисунок 5.5 – Схема високотемпературного каталітичного віднов­лення NOx у виробництві азотної кислоти під тиском 0,73 МПа